Pourquoi peut-on accelerer un electron à l'infini ?

Question

Pour accelerer un electron, on peut utliser un champ magnétique.
Quand on accelère un objet, la force de frottement associée augmente également ( Poids laché ds l'air atteint une vitesse limite ).
Par contre, avec un electron, la force de frottement diminue. Dc, théoriquement, l'électron accélère et atteint une vitesse de plus en plus élevé ?
Pourquoi ?

Answer 1

Guy_from_darkness détient la vérité !

C'est bien en appliquant un champ électrique qu'on peut accélérer une particule chargée (électrons, protons, positrons, etc ...). C'est d'ailleurs ce qui est effectué dans les accélérateurs de particules au CERN (Genève) et à l'ESRF (Grenoble) par exemple : les particules sont accélérées et entrent en collision. L'énergie est si grande (de l'ordre du GeV) que la collision provoque l'explosion des particules en leurs particules élémentaires (quarks notamment) que l'on peut alors étudier.

De plus, quand on parle de force de frottement on en a une idée macroscopique. La résistance à l'air par exemple est due à l'existence de molécules de O2, N2, CO2, etc ... qui gênent le mouvement d'un objet macroscopique. Mais là on parle d'un électron qui est nettement plus petit qu'une de ces molécules. Donc de deux choses l'une : soit on travaille dans un bon vide (accélérateurs de particules) et pas de molécules donc pas de "frottements" (disons plutôt pas de collisions) soit on travaille à l'air libre (ce n'est jamais le cas en recherche fondamentale, le vide est toujours poussé) et alors on a des collisions de l'électron avec tout ce qui traîne.

Enfin la vitesse théorique limite pour toutes les particules c'est la vitesse de la lumière donc impossibilité physique de la dépasser et comme il est dit plus haut un champ magnétique ne fait que dévier le parcours de l'électron. D'ailleurs dans les synchrotrons il y a un champs E et B : le champs E sert à accélérer les particules et le champ B à modifier leurs trajectoires pour les faire tourner en rond : les synchrotrons sont de forme circulaires. Pourquoi cette différence entre les champs E et B ? Car appliquer un champs E entre deux plaques va pousser l'électron avec une force F_e = qE (q<0) alors que pour un champ B on a F_m = q vxB (Force de Lorentz). La force de Lorentz pousse donc l'électron dans une direction orthogonale à son vecteur vitesse et au vecteur B : elle dévie l'électron de sa trajectoire alors que la force électrique le pousse dans l'axe du champ E.

@PEGARD N: à mon avis dire qu'un électron est capté par les gaz ambiants n'est pas très correct (à moins que tu ne veuilles dire qu'il y a des collisions, c'est le terme "capter" qui me gêne en fait). De nombreuses expériences de spectrométrie utilisent le bombardement d'électrons pour ioniser des molécules ou des agrégats selon une réaction du type : A + e- -> A+ + 2e- où "A" est le système à ioniser et "e-" un symbole pour un électron. Pour le reste je suis d'accord, cela n'a pas vraiment de sens d'accélérer des électrons si c'est pour travailler dans un vide qui n'est pas très bon.

NB : et 1 pouce up pour Guy_from_darkness qui vient de jeter un peu de lumière sur la question.

Answer 2

Non Monsieur.

1)d'après la Relativité Restreinte d'Einstein, une particule ne peut dépasser la vitesse de la lumière dans le vide (300000km/s).
2)La notion de frottement n'a aucun sens physique pour une particule élémentaire.
3)Enfin, un champ magnétique incurve une particule chargée sans changer la norme de sa quantité de mouvement. C'est avec un champ électrique qu'on accélère une particule chargée. Tout ceci est vrai si on est dans le vide évidemment.
4) Dans la matière, l'électron interagit par divers processus dont la probabilité dépend de son énergie et perd de l'énergie le long de sa trajectoire.

Answer 3

dans le vide absolu : il n'y a pas de frottements ... en rechanche il n'est - a priori - pas possible de dépasser la vitesse de la lumière ...

donc on ne PEUT PAS accélérer un électron à l'infini ...

Answer 4

Impossible de l'accélérer à l'infini. Limite vitesse de la lumière dans le vide c= 300000km/s

Answer 5

Si tu es dans un vide suffisament poussé, tu peux accéléré ton électron sans qu'il subisse de frottement. Note quand même qu'un électron c'est tout petit comparé à ton objet macroscopique, il est donc plus juste de parlé de "collision" plustot que de "frottements".

Sinon, pour accéléré ton électron, tu doit utilisé un champs électrique et non magnétique, en effet, le champs magnétique ne fait que courbé la trajectoire de l'électron mais ne fait pas augmenté sa vitesse. Dans les accélérateur a particule, on utilise le champs magnétique pour leur donné une trajectoire ciculaire et donc pouvoir les accéléré un grand nombre de fois sans qu'il rencontre un obstacle

De plus, plus tu veux accélérer ton électron, plus ton champs doit être fort, donc plus tu doit fournir d'énergie. Donc tu est limité par l'énergie que tu peux fournir et comme il n'y a pas une quantité infinie d'energie dans l'univers, tu ne peux pas accéléré ton electron à l'infini.

De plus, aucun objet ne peux allez plus vite que la lumière, pour attendre cette vitesse, on doit communiquer à l'objet massique en question une quantité infinie d'énergie. Une fois encore, c'est impossible.

Answer 6

Quand on assèl"re un électron, on le fait dans le vide quasi parfait, sinon, cela n'a pas de sens, un électron libre est capté par les gaz ambiants.
Donc il n'y a pas de frottements dans ces expériences.

De plus, en accélérant un électron, on lui communique de l'énergie, et quand on atteint des vitesses proches de celles de la lumière, les dialtations du temps et de l'espace font que on peut communiquer de l'énergie en quantité sans réellemetn augmenter la vitesse du photon.
En d'autres termes, pour atteindre la vitesse de la lumière, il faudrait donner à l'électron une énergie infinie, ce qui n'est pas possible.

Answer 7

on ne peut pas car selon la belle formule d'Einstein ( E=mc² pour rappel) il faut de plus en plus d'énergie pour accélerer la particule, ainsi pour atteindre la vitesse de la lumière, il faudrait une énergie infinie... à ma connaissance, on a pas encore trouvé... Par contre, la particule approchera la vitesse de la lumière mais, encore une fois, ne l'atteindra pas...

Ou alors je me trompe lourdement et je vais retourner potasser mes cours (lointains) de physique quantique

Answer 8

Comme tu le dis, un objet laché DANS L'AIR atteint une vitesse limite.

Et si tu enlèves l'air ?

Answer 9

Tu mets le doigts sur la différence entre la physique cinétique et quantique ...

Les modèles ont leur domaines d'application propre et la notion de vitesse croissante à l'infinie ne fait pas partie du modèle quantique.

La vitesse maximale connue pour un corps de masse nulle dans le vide est 300 000 km/s.

Answer 10

La réponse d'etienne est correcte, sauf qu'arrivé à la vitesse de la lumière la masse de l'electron devient infini, donc on ne peut plus l'accélérer.